[发明专利]一种车载锂离子动力电池隐性损伤监测和热失控早期预警装置及其预警方法

说明书

本发明公开一种车载锂离子动力电池隐性损伤监测和热失控早期预警装置，包括：二氧化碳‑乙烯联合气敏传感器，其设置在电池包模组内，用于检测二氧化碳和乙烯气体的浓度；压力传感器，其设置在电池壳体的压痕式泄压阀处，用于检测电池单体的内压；灌注管路，其设置在电池包模组内，其上均匀设置有泡沫孔，用于排出阻燃泡沫；多个电磁阀，其设置在对应泡沫孔处；阻燃泡沫存储箱，其设置在电池外部，且与所述灌注管路连通；控制器，其与所述二氧化碳‑乙烯联合气敏传感器、压力传感器和电磁阀连接，用于控制所述电磁阀工作。本发明还公开一种车载锂离子动力电池隐性损伤监测和热失控早期预警装置的预警方法。

技术领域

本发明涉及车载锂离子动力电池隐性损伤监测技术领域，更具体的是，本发明涉及一种车载锂离子动力电池隐性损伤监测和热失控早期预警装置及其预警方法。

背景技术

电动化是汽车行业的未来。作为电动汽车的核心组件，动力电池的安全性是电动汽车的重要考量，实现前瞻性的动力电池的主动安全防护措施，可以极大的推动电动汽车的普及。锂离子电池凭借其具高容量，高输出电压，高充电率，高能量密度，自放电低和循环特性优良等诸多优势，已经成为车用动力电池的主流选择。但是，其电极材料的高活性与电解质材料的易燃性决定锂离子电池发生热失控的风险始终存在。近年来，随着电动汽车市场保有量的增长及其动力性能的提高，车载锂离子动力电池热失控引发的恶性安全事故频发，严重打击了消费者对电动车的信心。通过工程手段切实有效的提高车载锂离子动力电池的热失控安全性能已成为目前新能源汽车产业目前最紧迫的技术需求之一。

在结构上，锂离子电池包括功活性部件与非活性部件，即反应用电芯与其他必要元件。所谓隐性损伤，则是指在电池外参数表征中无法被直接察觉的结构损伤。

对于车载锂离子动力电池，其内部的隐性损伤是普遍存在且不能完全避免。

对于由层叠式卷绕材料构成的电芯，由于锂离子电池属于一种基于“摇椅原理”的插入式电池，即使完全正常使用，伴随着每次充放电，电芯中的电极与隔膜都会因载流子插入与析出产生的应力残留而出现表面破坏与结构疲劳，即老化。老化本身就是一种电池的隐性损伤。当电池出现少量过充等轻度滥用工况时，电池的轻度结构性损伤都会加剧电芯的老化进程，导致不可逆损伤的发生。所以，对于锂离子动力电池而言，其使用过程就是一个电芯隐性损伤的累积过程。对于除电芯外的非活性部件，其中包括大量的以点焊、激光焊接、粘接、螺栓紧固甚至铆接的密封与连接部件。外力的挤压、撞击与振动都可能使其出现变形或失效的情况。由于这种失效发生在非功能性结构上，发生当时，电池的外参数上并无显著变化，且在电动车的实际使用中，引发类似情况的工况无法完全避免。

电池内部的隐性损伤是导致电池发生热失控或自燃的重要原因之一。

研究表明，热失控的发生与电池内短路高度相关，而电池内部结构的损伤则会成为内短路发生的直接诱因。对于电芯，其电极与隔膜界面的隐性损伤会导致载流子的不均匀沉积，诱发枝晶的产生，进而提高的内短路的发生几率；隔膜本身的隐性损伤则会显著削弱电芯的安全性，增加极端工况下电池内短路的发生几率。对于非活性部件，由于车载动力电池在使用中被逐级整合进输出电压为360伏到480伏的电池包内，任何连接件与密封件的失效都可能导致局部电火花的产生，使电池单体处于电冲击或热冲击的极端工况下，直接触发电池的热失控。

热失控的发生较隐性损伤的发生存在较大滞后性，比如自燃，车载环境下确定早期损伤的单体存在困难，而非实时性的侵入式探查手段无工程意义。